Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Transistor in der Fliegen-Antenne: Duftrezeptoren von Insekten steuern Empfindlichkeit selbst

18.03.2013
Dank ihrer hochentwickelten Antennen können sich Insekten an kleinsten Geruchskonzentrationen orientieren. Perfekt ausgestattet mit Geruchsrezeptoren finden sie Nahrung, optimale Eiablageplätze oder Geschlechtspartner.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie haben jetzt nachgewiesen dass das enorme Geruchsvermögen von Insekten auf der Selbstregulation ihrer Duftrezeptoren beruht: Geringste Mengen von Duftmolekülen unterhalb der Reaktionsschwelle bewirken die Sensibilisierung bestimmter Duftrezeptoren, das Auftreffen weiterer Moleküle löst die Öffnung eines Ionenkanals aus. Eine Geruchsstimulierung unterhalb der Reizschwelle erhöht die also Sensibilität des Rezeptors.

Dank ihrer hochentwickelten Antennen können sich Insekten an kleinsten Geruchskonzentrationen orientieren. Perfekt ausgestattet mit verschiedenen Geruchsrezeptoren finden sie Nahrung, optimale Eiablageplätze oder Geschlechtspartner. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt erstmals experimentell und mithilfe von Mutanten bestätigt, dass das enorme Geruchsvermögen von Insekten − sie erkennen wenige tausend Moleküle pro Milliliter Luft, während Menschen Hunderte von Millionen Duftmoleküle zur Geruchswahrnehmung benötigen − auf einer Selbstregulation ihrer Duftrezeptoren beruht:
Geringste Mengen von Duftmolekülen unterhalb der Reaktionsschwelle bewirken die Sensibilisierung bestimmter Duftrezeptoren, und das Auftreffen weiterer Moleküle kurz danach löst die Öffnung eines Ionenkanals aus, was Reaktion und Flugverhalten der Fliege steuert. Dies bedeutet, dass eine Geruchsstimulierung unterhalb der Reizschwelle die Sensibilität des Rezeptors erhöht. Kommt innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ein zweiter Geruchsimpuls hinzu, wird eine neuronale Reaktion ausgelöst. (PLOS ONE, March 12, 2013, DOI: 10.1371/journal.pone.0058889)

Empfindliches Riechen ist überlebenswichtig

Es ist erstaunlich, wie viele Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) zu einem angefaulten Apfel finden können. Insekten sind dafür bekannt, dass sie geringste Konzentrationen von Geruchsmolekülen wahrnehmen können, besonders Sexuallockstoffe, aber auch „Nahrungssignale“.

Wissenschaftler um Dieter Wicher und Bill Hansson vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie widmen sich der Antwort auf die Frage, warum im Vergleich zu vielen anderen Tieren Insekten so sicher und sensitiv Duftmoleküle aufspüren können. Im Zentrum der Aufmerksamkeit stehen die Duftrezeptorproteine in der Antenne, der Nase der Insekten. Diese Proteine der Insekten sind evolutionsgeschichtlich jung und ihr molekularer Aufbau könnte eine Grundlage für die empfindliche Geruchswahrnehmung sein.

Das Rezeptorsystem Or22a-Orco

Insekten-Duftrezeptoren bilden ein Rezeptorsystem, bestehend aus dem eigentlichen Rezeptor-Protein und einem Ionenkanal, die zusammengeschaltet und nach Bindung eines Geruchsmoleküls den empfindlichen Nervenreiz auslösen. Der Mechanismus war kürzlich am Rezeptorsystem Or22a-Orco beschrieben worden (Wicher et al., Nature 452 (2008); Sato et al., Nature 452 (2008), siehe auch Pressemeldung „Ein Kombi-Rezeptor ermöglicht Insekten eine superempfindliche als auch schnelle Wahrnehmung von Duftstoffen in der Umwelt“ http://www.ice.mpg.de/ext/fileadmin/extranet/common/documents/press_releases/Pressem_Wicher2008.pdf 13.4.2008).
Neben der Funktion als sogenannte ionotrope Rezeptoren, die nach Bindung von Duftmolekülen einen elektrischen Strom leiten, können Duftrezeptoren auch intrazelluläre Signale auslösen. Dabei kommt es zur Bildung von cyclischem Adenosinmonophosphat (cyclo- oder cAMP), das einen Stromfluss durch den Ko-Rezeptor Orco hervorruft. Die Bedeutung des schwachen und langsamen Stromflusses konnte bislang jedoch nicht geklärt werden.

Drosophila-Mutante Orco mut

Merid N. Getahun, Doktorand aus Äthiopien, hat zusammen mit seinen Kollegen zahlreiche Experimente an Geruchsneuronen von Fruchtfliegen durchgeführt. Dabei haben sie winzige Mengen von Wirkstoffen direkt in die Sinneshärchen, die auf der Fliegenantenne die olfaktorischen Sinnesneuronen beherbergen, injiziert, die die Bildung von cAMP fördern, hemmen oder nachahmen. Als Geruchsstoff boten die Forscher den Fliegen das Ananas-ähnliche Buttersäureethylester an und maßen mithilfe von feinen, aus Glasfasern gefertigten Mikroelektroden die Aktivität der Nervenzellen. Als Kontrollgruppe dienten gentechnisch veränderte Fruchtfliegen, bei denen der Ko-Rezeptor Orco nicht mehr reaktionsfähig ist. „Die Tatsache, dass die Mutanten einerseits nicht auf cAMP, vor allem aber auch auf die Hemmung oder Aktivierung beteiligter Schlüsselenzyme wie Proteinkinase C und Phospholipase C nicht reagierten, zeigt, dass das enorme Geruchsvermögen von Insekten über ihre Duftrezeptoren intrazellulär gesteuert wird“, so Dieter Wicher, Leiter der Forschungsgruppe. Die Kombination aus Duft- und Ko-Rezeptor Orco ähnelt einem Transistor, so Wicher weiter: Ein schwacher, elektrischer Basisstrom reicht aus, um den Hauptstrom an Ionen auszulösen, der dann das Neuron aktiviert. Dieser Prozess kann auch als eine Art Kurzzeitgedächtnis in der Insektennase betrachtet werden. Ein schwacher Reiz löst zwar beim ersten Mal noch keine Reaktion aus, wiederholt er sich allerdings innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, wird eine elektrische Reaktion ausgelöst. [JWK]

Originalveröffentlichung:
Merid N. Getahun, Shannon B. Olsson, Sofia Lavista-Llanos, Bill S. Hansson, Dieter Wicher: Insect odorant response sensitivity is tuned by metabotropically autoregulated olfactory receptors. PLOS ONE, March 12, 2013; DOI: 10.1371/journal.pone.0058889
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0058889

Weitere Informationen von
Priv. Doz. Dr. Dieter Wicher, +49 3641 57-1415, dwicher@ice.mpg.de

Bild- und Filmmaterial
Angela Overmeyer M.A., +49 3641 57-2110, overmeyer@ice.mpg.de oder per download via http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Dr. Jan-Wolfhard Kellmann | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de/ext/1017.html?&L=1

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen
23.05.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Mikro-Lieferservice für Dünger
23.05.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen

23.05.2017 | Physik Astronomie